DE2357123B2 - Verfahren und vorrichtung zum gleichmaessigen verteilen von unregelmaessigkeiten in der dicke von kunststoff-folien - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Mischen von Viskose in einer Zuführleitung zu einer Schlitzdüse für die Herstellung von homogenen Kunststoffolien, mit einem in Strömungsrichtung der Viskose in der Zuführleitung angeordneten, kontinuierlich bewegbaren Körper, dessen Bewegung in einer Ebene quer zur Strömungsrichtung erfolgt.

Kunststoffolien werden im allgemeinen dadurch hergestellt, daß eine Schmelzmasse durch eine Düsenplatte extrudiert wird. Die der Düse zugeführte Schmelzmasse erscheint als eine Schicht, die aus einer Vielzahl von einzelnen Strängen besteht, von denen jeder zu einer bestimmten Stelle des Düsenschlitze? führt und auch ständig dort bleibt.

Diese nebeneinander liegenden Stränge würden einen Film mit homogenen Eigenschaften ergeben, wenn das Material vollkommen homogen wäre. Die Extrusionsmasse ist jedoch in der Praxis ständig mehr oder weniger heterogen. Dies bedeutet, daß sich die Zusammensetzung, die Temperatur, die Befeuchtbarkeit oder die Viskosität der zu extrudierenden Masse längs des Düsenschlitzes ändern. In einer heterogenen F.xtrudionsmasse können beispielsweise Luftblasen und insbesondere Zusatzstoffe mehr oder weniger gut verteilt sein. Die Zusatzstoffe befinden sich beispielsweise in der Praxis stets an der gleichen Stelle in der Extrusionsmasse, an welcher die Zusatzstoffe der Extrusionsmasse vor deren Eintritt in die Extrusionsvorrichtung zugegeben wurden. Dies wird insbesondere deutlich, wenn man stromauf der Extrusionsvorrichliing eine bestimmte An/ahl von Viskosesträngen eingibt, die mit Titanoxid weiß gefärbt sind. Die weißgefärbten

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65 Stränge bilden auf der Folie fortlaufende, geradlinige Längsstreifen, wodurch deutlich wird, daß die durch einen heterogenen Aufbau der Extrusionsmasse hervorgerufenen Unregelmäßigkeiten stets an der gleichen Stelle der extrudieren Folie auftreten. Die extrudierte Folie hat daher stets an den gleichen Stellen die gleichen Ursachen, welche Oberdicken des Films, unterschiedliches Aussehen, wie Abschnitte mit unterschiedlichen Farben, unterschiedliche physikalische Eigenschaften, wie Abschnitte mit unterschiedlichem, elektrischem Widerstand, und der gleichen hervorrufen. Die Unregelmäßigkeiten in der extrudierten Folie, die insbesondere durch ein unterschiedliches Aussehen und eine unterschiedliche Dicke zum Ausdruck kommen, wiederholen sich in Längsrichtung in der Weise, daß sich die Unregelmäßigkeit beim Aufrollen des Films soweit summieren und verstärken, daß Beulen und Vertiefungen entstehen, welche den Film verformen und nachteilig auf die Qualität des Filmes einwirken.

Man hat versucht, den Mangel an ausreichender Homogenität der zu extrudierenden Masse dadurch zu beseitigen, daß das Material vor der Extrusion in Mischern homogenisiert wird. Diese Vorrichtungen, die entweder dynamisch oder statisch arbeiten, sind jedoch sehr platzraubend und die Verwendung derartiger Vorrichtungen bedingt eine kostspielige Verlängerung der Herstellungsdauer und einen komplizierten Aufbau der Anlagen.

Eine bekannte Vorrichtung zur Herstellung von Schlauchfolien (DE-AS 12 51 941) weist eine ringförmige Düse und einen zur Düse führenden, aus zwei Abschnitten bestehenden Extrusionskanal auf. Der erste Abschnitt des Extrusionskanals wird durch einen in der Achse der ringförmigen Düse liegenden Schacht und der zweite Abschnitt durch einen von diesem ausgehenden und zur ringförmigen Düse führenden Ringspalt gebildet Die zu extrudierende Masse wird dem Extrusionskanal über einen Zuführkanal zugeführt, welcher im rechten Winkel in den in der Achse der ringförmigen Düse liegenden Schacht des Extrusionskanals mündet An der Übergangsstelle zwischen dem in der Düsenachse liegenden Schacht und dem daran anschließenden Ringspalt ist ein Rührflügel angeordnet, welcher über einen nach außen führenden Antrieb von einem Motor gedreht wird.

Der Rührflügel hat die Aufgabe, die seitlich in den Mittelschacht des Extrusionskanals einlegende Extrusionsmasse gleichmäßig über den Umfang des zur ringförmigen Düse führenden Ringspaltes zu verteilen. Diese Aufgabe wird auch vom Rührflügel in zufriedenstellender Weise erfüllt. Der Rührflügel ist jedoch nicht in der Lage, die dem Extrusionskanal zugeführte Extrusionsmasse zu homogenisieren. Die durch den Ringspalt zur ringförmigen Düse vorwärtsbewegte Extrusionsmasse ist nach wie vor heterogen und weist über den Umfang der ringförmigen Düse unterschiedliche physikalische Eigenschaften auf. Dies wird am besten dadurch deutlich, daß ein mit einer bestimmten Farbe eingefärbter Strang, welcher dem seitlich in den Extrusionskanal mündenden Zuführkanal an einer bestimmten Stelle zugeführt wird, im wesentlichen auch an der gleichen Stelle der ringförmigen Extrusionsdüse austritt. Dies bedeutet, daß mit dieser bekannten Vorrichtung eine Schlauchfolie entsteht, die Unregelmäßigkeiten aufweist, die sich hauptsächlich durch unterschiedliche Dicken und unterschiedliche physikalische Eigenschaften äußern.

Es ist ferner eine Vorrichtung bekannt (US-PS

36 89 033), mit welcher verschiedene, durch eine Rohrleitung hindurchfließende Flüssigkeiten gemischt werden sollen. Diese bekannte Rührvorrichtung weist eine in die Rohrleitung eingebaute rohrförmige Mischkammer und einen koaxial in der Mischkammer s angeordneten, magnetisieren Rührstab auf, der mit Hilfe eines äußeren Magnetfeldes um seine Längsachse gedreht wird Der Rührstab ist mit Flügeln oder Schaufeln versehen, die eine gute Mischwirkung ergeben sollen. ι ο

Diese bekannte Rührvorrichtung zum Mischen von Flüssigkeiten eignet sich nicht zur Behandlung einer Viskose oder einer plastischen Masse, die durch eine Düse zur Herstellung von Kunststoffolien extrudiert werden solL Die zu extrudierenden Massen haben eine wesentlich höhere Viskosität als Flüssigkeiten, so daß die bekannten, für Flüssigkeiten vorgesehene Rührvorrichtung nicht in der Lage ist, die zu extrudierende Viskose zu einer homogenen Masse zu vermischen. Darüberhinaus würde eine der Extrusionsdüse vorgeschaltete Mischvorrichtung einen zusätzlichen kostentreibenden und platzraubenden Bauaufwand darstellen.

Eine andere bekannte Vorrichtung zur Herstellung von Kunststoff-Folien (DE-GM 18 19 546), weist eine Mehrzahl von Zuführleitungen und eine an die Zuführleitungen anschließende Breitschlitzdüse auf, durch welche eine Kunststoffmasse extrudiert wird. Zwischen den Zuführleitungen und der Breitschlitzdüse ist eine parallel zur Düsenöffnung verlaufenae, zylindrische Verteilerkammer angeordnet, in welcher eine Förderschnecke untergebracht ist Die Förderschneck° verläuft parallel zur Achse der zylindrischen Verteilerkainmer und erstreckt sich über deren gesamte Länge. Die Förderschnecke ist um ihre eigene Achse sowie um die Achse der zylindrischen Verteilerkammer drehbar. Die Förderschnecke weist jeweils an den Stellen, an denen die Zuführleitungen in die zylindrische Verteilerkammer münden, nach zwei entgegengesetzten Richtungen steigende Schneckengänge auf, um die in jeder Zuführleitung zugeführte Masse nach beiden Seiten in der Verteilerkammer zu verteilen.

Bei dieser bekannten Vorrichtung weraen die in den einzelnen Zuführleitungen ankommenden Stränge durch die parallel zur Breitschlitzdüse verlaufende Förderschnecke seitlich aufgefächert, um eine Verteilung der Masse über die gesamte Breite der Schlitzdüse zu erzielen. Die seitliche Auffächerung der durch die Zuführleitungen ankommenden Massestränge kann jedoch trotz der Dreh- und Kreisbewegung der Förderschnecke nicht verhindern, daß beispielsweise den Zuführleitungen zugegebene Zusatzstoffe stets an ein und dergleichen Stelle der extrudieren Folie vorliegen. Wenn beispielsweise den einzelnen Zuführleitungen an einer bestimmten Stelle Farbstoffe zugegeben werden, führen die eingeführten Farbstoffe zu fortlaufenden, geradlinigen, farbigen Längsstreifen auf der extrudieren Folie. Diese bekannte Vorrichtung ist daher nicht in der Lage, die zu extrudierende Kunststoff-Masse zu homogenisieren. Darüberhinaus hat diese bekannte Vorrichtung einen äußerst aufwendi- &o gen Aufbau, der durch eine Förderschnecke mit nach entgegengesetzten Richtungen verlaufenden Schnekkengängen und durch eine die Förderschnecke aufnehmende Lageranordnung begründet ist, welche eine Planetenbewegung der Förderschnecke gestattet.

Die Förderschnecke dieser bekannten Vorrichtung hat in erster Linie Förderprobleme in einer quer zur Fließrichtung der Extrusionsmasse verlaufenden Richtung zu lösen, um die ankommenden Massestränge seitlich =u verteilen. Ein Walken und Durchmischen der einzelnen Teilstränge eines in einer Zuführleitung ankommenden Massestranges ist bei dieser bekannten Vorrichtung nicht möglich.

Es ist daher die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe, eine Vorrichtung zum Mischen von Viskose in einer Zuführleitung zu einer Schlitzdüse mit einem im Strömungsweg der Viskose liegenden, bewegbaren Körper zu schaffen, mit welcher auf einfache und wirtschaftliche Weise eine homogene Vermischung der Viskose in der Zuführleitung vor der Extrusionsdüse erreicht werden kann, um die Herstellung von homogenen Folien zu bewirken und die sich aus Inhomogenitäten ergebenden Unterschiede hinsichtlich der Dicke und der physikalischen Eigenschaften in der Folie zu beseitigen.

Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß der bewegbare Körper auf der Innenwand der Zuführleitung rollt und/oder Reitet, wobei seine Körperachse zur Rohrachse geneig: ist und sich auf einem zur Rohrachse symmetrischen Kegelmantel bewegt

Die Vorrichtung gemäß der Erfindung hat einerseits einer, äußerst einfachen und damit billigen Aufbau und sorgt andererseits für eine vollständige Umverteilung und innige Durchmischung der einzelnen Teilstränge des in der Zuführleitung ankommenden Massestranges, so daß in der Kunststoff-Folie eine Homogenität erreicht wird, die sich auf sämtliche denkbare Faktoren bei der Herstellung von Kunststoff-Folien, wie Dicke, physikalische Eigenschaften, Farbeindrücke, gleichmäßige Verteilung von Zusatzstoffen und dergleichen bezieht

Eine besonders einfache und wirkungsvolle Vorrichtung läßt sich bei einer Abwandlungsform der Vorrichtung gemäß der Erfindung dadurch erzielen, daß die kontinuierliche Bewegung des bewegbaren Körpers durch den Druck der durch die Leitung fließenden Masse hervorgerufen wird, welche auf eine Einrichtung mit schräggestellten Flügeln einwirkt

Es ist zwar ein eine Ringschlitzdüse aufweisender Extruderkopf bekannt (DE-OS 18 10 237), bei welchem der Düsenring und der in ihm befindliche Kern gemeinsam umlaufen und die kontinuierliche Bewegung des Düsenringes und des Kerns durch die durch den Extruderkopf hindurchfließende Masse hervorgerufen wird. Bei dieser bekannten Vorrichtung wird jedoch die durch den Extruderkopf hindurchfließende Masse nicht für den Antrieb einer Mischvorrichtung verwendet.

Die Drehbewegung des bewegten Körpers im Inneren der Zuführleitung kann auch durch rein mechanische Einrichtungen hervorgerufen werden, die außen angeordnet werden können. Es ist in jedem Fall vorteilhaft, eine Antriebseinrichtung zu verwenden, die ein Austreten des Materials an Wellendichtungen vermeidet. Man zieht deshalb einen Antrieb vor, bei welchem kei/ie Wellen verwendet werden, die von außen mechanisch angetrieben werden.

Eine vorteilhafte Ausführungsform mit einem den vorstehenden Gesichtspunkten Rechnung tragenden Antrieb wird beispielsweise dadurch erreicht, daß die kontinuierliche Bewegung des bewegbaren Körpers durch ein äußerer Drehfeld hervorgerufen wird, das auf einen magnetischen Körper einwirkt, der mit dem bewegbaren Körper fest verbunden ist.

Bei einer anderen Ausführungsform wird der wellenfreie Antrieb dadurch erreicht, daß die kontinu-

ierliche Bewegung des bewegbaren Körpers durch einen sich außen um die Leitung drehenden Magneten hervorgerufen wird und der bewegbare Körper aus Weicheisen besteht.

Für den bewegbaren Körper wählt man vorteilhafterweise die Form einer Kugel, deren Durchmesser etwas größer als der Radius des Querschnittes der Zuführleitung an dieser Stelle ist. Man kann auch einen anderen, geeignet geformten bewegbaren Körper verwenden, mit welchem die Beschickungsverluste verringert to werden können. Man gibt dem bewegbaren Körper vorteilhafterweise einen abgerundeten Querschnitt, so daß der bewegbare Körper auf der Wand der Leitung sehr leicht rollen oder gleiten kann.

Die Bewegung des bewegbaren Körpers ist vorteilhafterweise eine kontinuierlich fortlaufende Bewegung, da in diesem Fall die einzelnen Stränge nicht an einer einzigen Stelle der Extmsionsdüse, sondern vielmehr an verschiedenen Sieiien der Exirusionsdüse austreten. Die Bewegung kann jedoch auch eine kontinuierlich hin- und hergehende Bewegung unter der Voraussetzung sein, daß der gesamte Abschnitt der Innenwand der Zuführleitung während der hin- und hergehenden Bewegung bestrichen wird. Die Bewegungen werden mit einer gleichmäßigen oder ungleichmäßigen Geschwindigkeil durchgeführt.

Die Vorrichtung gemäß der Erfindung eignet sich zum Beschicken von Extrusionsdüsen aller Art für Kunststoffilme oder Zellulosefolien.

Im nachstehenden werden einige Ausführungsbei- jo spiele der Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt

F i g. I einen schematischen Längsschnitt durch eine Ausführungsform einer Vorrichtung.

F i g. 2 einen schematischen Längsschnitt durch eine J5 weitere Ausführungsform der Vorrichtung und

F i g. 3 einen schematischen Querschnitt durch die in F i g. 2 dargestellte Vorrichtung.

F.s wird zunächst auf F i g. 1 Bezug genommen. Das Kunststoffmaterial fließt in einer Zuführleitung 1 in ^jn Richtung des Pfeiles. In der Achse der Zuführleitung I ist eine gekrümmte Welle 2 angeordnet, die schrägge stellte Flügel 3 trägt. Die Welle 2 ist in Lagern 4 drehbar gelagert, die an starren Speichen 5 abgestützt sind. Scheiben 6 bilden Anschläge und halten die Welle 2 in ''1 ihrer Lage. Am gekrümmten Ende der Welle 2 ist eine Kugel 7 befestigt, die mit Hilfe eines bekannten, nicht dargestellten Federsystems so an einem Kugelkopf befestigt ist, daß die Kugel 7 ständig gegen die Wand der Zuführleitung 1 gedrückt wird und leicht auf der Innenwand rolle-, kann.

Das dahinfließende Kunststoffmaterial versetzt die Flügel 3 in Umdrehung, welche über die gekrümmte Welle 2 die kontinuierliche Drehbewegung der Kugel 7 auf der Innenwand der Zuführleitung 1 hervorrufen.

Bei der in den Fig. 2 und 3 dargestellten Ausführungsform wird der bewegbare Körper 8 mit Hilfe eines äußeren Drehfeldes angetrieben. F i g. 2 zeigt einen in der Achse liegenden schematischen Längsschnitt durch diese Abwandlungsform der Vorrichtung, während w> F i g. 3 einen Querschnitt durch diese Vorrichtung zeigt.

Die Zuführleitung 1 besteht aus einem Material, das für ein magnetisches Feld durchlässig ist Der bewegbare Körper 8 ist mit Hilfe von Ringen 9 an einer Welle 10 befestigt, die sich frei in einem ortsfesten Lager 11 drehen kann. Das ortsfeste Lager 11 ist an Speichen 5 starr befestigt. Im bewegbaren Körper 8 ist ein magnetisches Einsatzstück oder ein magnetischer Körper 12 eingebettet, in dessen Einflußbereich außerhalb der Zuführleitung 1 ein Magnetkörper 13 mit einem entgegengesetzten Magnetismus angeordnet ist

Diesem Magnetkörper 13 wird mit Hilfe einer bekannten, nicht dargestellten Einrichtung, beispielsweise mit Hilfe eines elektrischen Drehfeldes, eine kontinuierliche Drehbewegung um die Zuführleitung 1 in einer senkrecht zur Zuführleitung 1 liegenden Ebene erteilt. Wenn sich der Magnetkörper 13 dreht, wird dem bewegbaren Körper 8 mit Hilfe des magnetischen Einsatzstückes 12 eine entsprechende, kontinuierliche Bewegung erteilt. Das gleiche Ergebnis wird erzielt, wenn der bewegbare Körper S ein Hohlkörper aus Weicheisen ist und der sich drehende Magnetkörper 13 ein ausreichend starkes Magnetfeld hat.

Diese kontinuierliche Bewegung führt zu einem kontinuierlichen Vermischen und Austauschen der Stränge des Materials, das in Richtung des Pfeiles durch die Zuführung 1 fließt.

Die Abmessungen der Vorrichtung und die Leistung des Antriebes müssen in allen Fällen der Art der extriK/'äi'ten Produkte und den Extrusionsbedingungen angepaßt werden, deren Kennwerte, wie die Viskosität, die Temperatur, der Druck und so weiter, sich mit jedem Produkt ändern und in einem ziemlich großen Maß schwanken können. Die Wellen müssen sich beispielsweise in ihrer, Lagern mit einem ausreichenden Spiel drehen, um eine Schmierung durch das fließende Material zu gestatten.

Die Erfindung eignet sich besonders gut zur Verbesserung der Qualität von Zellulosefolien, wie dies im Nachstehenden anhand eines Ausführungsbeispiels rrläutert werden wird.

Fine in F i g. 1 dargestellte Vorrichtung wurde in einer Zuführleitung mit einem Durchmesser von 50 mm angeordnet. Diese Vorrichtung war mit einer Kugel versehen, die einen Durchmesser von 30 mm hatte. Die Länge der Vorrichtung betrug 1GO mm. Die Viskose floß in der Leitung mit einer Geschwindigkeit von lOcm/sek. Die Drehzahl der Vorrichtung betrug bei dieser Fließgeschwindigkeit der Viskose eine Umdrehung pro 15 Sekunden.

Stromauf der Vorrichtung wurde in die Zuführleitung eine bestimmte Anzahl von Viskosesträngen eingegeben, die mit Titanoxid weißgefärbt waren. Man stellte am Ausgang des Spinntrichters und beim Aufrollen fest, daß die gefärbten Stränge Sinuskurven mit langen Perioden beschrieben, deren Amplituden einen Wert von 50 mm erreichten.

Es wurde der gleiche Versuch mit entsprechenden Strömungsbedingungen, jedoch ohne die erfindungsgemäße Vorrichtung wiederholt. Der Versuch zeigte deutlich, daß die gefärbten Stränge auf der extrudierten Folie fortlaufende, geradlinige Längsstreifen bildeten, die sich beim Aufrollen überlagerten.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche; taU κ?

1. Vorrichtung zum Mischen von Viskose in einer Zufahrleitung zu einer Schlitzdüse für die Herstellung von homogenen Kunststoffolien, mit einem in Strömungsrichtung der Viskose in der Zuführleitung angeordneten, kontinuierlich bewegbaren Körper, dessen Bewegung in einer Ebene quer zur Strömungsrichtung erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß der bewegbare Körper (7, 8) auf der Innenwand der Zuführleitung (1) rollt und/oder gleitet, wobei seine Körperachse zur Rohrachse geneigt ist und sich auf einem zur Rohrachse symmetrischen Kegelmantel bewegt

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die kontinuierliche Bewegung des bewegbaren Körper:; (7) durch den Druck der durch die Leitung (1) fließenden Masse hervorgerufen wird, welche auf eine Einrichtung mit schräggestellte ι Flügeln (3) einwirkt

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die kontinuierliche Bewegung des bewegbaren Körpen; (8) durch ein äußeres Drehfeld hervorgerufen wird, das auf einen magnetischen Körper (12) einwirkt, der mit dem bewegbaren Körper (8) fest verbunden iit.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die kontinuierliche Bewegung des bewegbaren Körpers (8) durch einen sich außen um die Leitung (1) drehenden Magneten hervorgerufen wird und uer bewegbare Körper (8) aus Weicheisen besteht

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